KR950014688B1 - 고체촬상장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상장치

제1도는 본 발명에 의한 고체촬상장치의 일예의 요부의 확대평면도.

제2도는 그 단면도.

제3도는 종래의 고체촬상장치의 요부의 확대평면도.

제4도는 그 단면도.

제5도는 그 포텐셜분포도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 기체영역

3,4 : 제1 및 제2의 영역 5 : 전하축적영역

8 : 절연층 8h : 절연층의 창

21A,21B : 제1및 제2의 채널스톱영역

본 발명은 고체촬상장치에 관한 것이다.

본 발명은 촬상영역, 즉 수광화소로 되는 복수의 전하축적영역이 배치된 영역의 주위를 거의 에워싸도록 제1의 채널스톱영역을 배설하는 동시에 또한 그 외주에 제2의 채널스톱영역을 배설하여, 제1 및 제2의 채널스톱영역의 각 대향부 사이에 저항영역을 개재시킴으로써 촬상영역에 근접하는 채널스톱영역과 촬상영역내의 각 전하축적부와 채널스톱영역역과의 사이의 간격이 상이등에 의한 임피던스의 존재를 무시할 수 있도록 하고, 각 전하축적영역의 과잉캐리어의 예를 들면 전자(電子)와 쌍으로 되는 역극성의 예를 들면 홀의 배제를 각 전하축적부의 배치위치에 상관없이 균일하게 행할 수 있도록 하여 각 전하축적부의 취급전하량의 균일하를 도모한다.

예를 들면 전하결합장치, 이른바 CCD에 의한 고체촬상장치에 있어서는 강한 광의 입사에 의하여 그 촬상 영역 즉 수광부의 각 화소로 되는 전하축적영역에 그 취급전하량 이상의 전하가 과잉으로 생긴 경우 이 과잉전하 즉 과잉캐리어가 다른 전하축적영역으로 유입되는 일이 있으면 이것이 촬상화상에 스미어를 발생하게 한다. 따라서 고체촬상장치에 있어서는 이 과잉캐리어를 배제하기 위한 기능 이른바 오버플로드레인기능을 배설하는 것이 바람직하다.

종래의 고체촬상장치에 있어서는 예를 들면 제3도에 그 양선적 평면도를 나타낸 바와 같이 촬상영역(11)을 에워싸도록 채널 스톱영역(21)이 배설된다. 이 채널스톱영역(21)은 예를 들면 내측에 저불순물농도의 채널스톱영역 LCS이 배설되고 그 외축에 이것에 비하여 고불순농도의 채널스톱영역 HCS이 배치된 구성으로 된다. (22)는 수평스프트레지스터부, (23)은 출력회로부를 나타낸다.

촬상영역(11)은 수광(受光)에 의하여 발생하는 전하, 예를 들면 전자를 축적하는 전하축적영역(5)이 수평 수직방향으로 각각 복수개 배열되어 이루어지는데 예를 들면 인터라인트랜스퍼방식에 의한 고체촬상장치의 경우는 예를 들면 공통의 수직열상에 배열된 전하축적영역(5)에 대응하여 수직시프트레지스터(12)가 배치된다.

제4도는 그 수직시프트레지스터(12)를 포함하는 촬상영역(11)의 약선적 단면을 나타낸다. 도면에 있어서, (1)은 고체촬상장치를 구성하는 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 반도체기판이고 이 기판(1)은 제1도 전형, 예를 들면 n형의 기체영역(2)상에 제2도전형 예를 들면 p형의 비교적 불순물농도가 높은 제1의 영역(3)과, 또한 필요에 따라서 이것과 동일하 도전형으로서 이것에 비하여 낮은 불순물농도를 갖거나 또는 이것과는 상이한 도전형으로 비교적 낮은 불순물농도를 가지는 제2의 영역(4)과를 순차 예를 들면 기상(氣相)에피택셜성장시키는 구성을 가진다. 그리고 이 기판(1)의 기체영역(2)과는 반대쪽의 주면(1a)측에 1도전형의 불순물이 선택적으로 도입된 복수의 전하축적영역(5)(도면에 있어서는 1개의 전하축적영역만이 나타나 있음) 이 수평 및 수직방향으로 배열한 수광부, 즉 촬상영역(11)이 형성된다. 각 전하축적영역(5)의 표면에는 그 기판표면의 결정결함등에 의한 노이즈를 방지하기 위하여 전하축적의 포텐셜부를 기판표면(1a)보다 미소의 깊이만큼 파고 들어간 위치에 형성하기 위한 얕은 깊이의 제2도전형의 표면영역(6)이 배설된다. 그리고 예를 들면 이 고체촬상장치가 인터라인트랜스퍼방식에 의한 경우는 예를 들면 공통의 수직방향의 열상에 배치된 전하축적영역(5)에 대하여 공통의 수직시프트레지스터(12)를 구성하는 전송영역(7)이 병치 배설된다. (8)은 기판(1)의 표면에 형성된 SiO₂등의 절연층이고 (8h)는 절연층의 창을 나타낸다. (10)은 수직시프트레지스터(12)의 예를 들면 2상 클록전압이 인가되는 한쪽의 전송전극이고 또한 어떤 경우는 이 시프트레지스터로부터 대응하는 전하축적영역(5)상에 가로질러 연재되어 전하축적영역(5)의 신호전하를 시프트레지스터에 이행시키는 전송게이트전극으로서의 기능도 갖도록 이루어져 있다. 이 전송전극(10)은 예를 들면 불순물이 도프되어 저비저항으로 이루어지는 다결성실리콘층에 의하여 형성할 수 있는 것이고, 이 전송전극(10)은 SiO₂등의 절연층(8a)의 개재에 의하여 전기적으로 절연된다.

채널스톱영역(21)에 있어서 그 촬상영역(11)과 대향하는 측은 전술한 바와 같이 저불순농도의 채널스톱 영역 LCS으로 하는 것이지만 이것은 이 영역(11)을 고불순물농도로 함으로써 전하축적영역(5)의 결정성등의 특성을 저해하는 것을 회피하기 위해서이다.

그리고, 이영역(21)과 기판(1)중의 제2도전형의 제1의 영역(3)을 영역(21)의 소요부에 있어서 영역(3)에 이르는 깊이로 제2도전형의 싶은 확산영역등을 배설함으로써 전기적으로 연결한다든가 각각 전극을 취출함으로써 예를 들면 접지 또는 소요의 전압을 인가한다.

이와 같은 구성에 있어서 제1의 영역(3)은 오버플로의 포텐셜배리어로서의 기능을 가지고 기체영역(2)은 오버플로드레인으로서의 기능을 가지고 각 전하축적영역(5)으로부터의 과잉캐리어 예를 들면 전자의 배제를 행한다. 이 경우 다른 쪽의 케리어 즉 예를 들면 홀은 각 전하축적영역(5)과 인접하는 수직시프트레지스터(12)와를 분리하고 있는 영역(13)을 개재하여 채널스톱영역 LCS으로부터 배제하는 것이다. 그런데 실제상 촬상영역(11)의 채널스톱영역(21)에 가까운 주변부에 위치하는 전하축적영역(5)에서는 영역(21)과의 사이에 개재하는 임피던스가 상이하고 홀의 채널스톱영역(21)의 실제의 흡수량이 달라져 버린다. 또 채널스톱영역(21) 자체에 있어서도 그 분포저항에 의하여 이 영역(21)에 대한 전압공급단 내지는 접지단에 대한 근방위치와 이보다 멀어진 위치에서는 분포저항에 의한 전압강하에 의하여 실제의 전압이 상이한 경우가 있고 이로써 각 전하축적영역(5)에 대하여 균일한 홀 흡수가 되지 않는 경우가 있다. 그리고 이와 같이 각 전하축적영역(5)에 있어서 홀의 흡수량이 상이하면 각 취급전하량이 상이하여 밝기에 불균일이 생겨 버린다. 즉 제5도에 전하축적영역(5)을 통한 두께방향의 단면에 있어서의 포텐셜 ψ의 분포를 나타낸 바와 같이 예를 들면 채널스톱영역(21)의 비교적 근방에 배치되어 있는 어떤 전위상태에 있는 전하축적 영역(5)에 있어서의 포텐셜분포가 제5도중 실선으로 도시되어 있으며 축적영역(5)에 있어서의 포텐셜의 골의 깊이가 Δψ₁라고 하면 영역(21)으로부터의 전압공급단보다 먼 부위에 배치되어 있어 홀일 잘 흡수되지 않는 전하축적영역(5)에 있어서의 포텐셜분포는 제5도중 파선으로 나타낸 바와같이 되고 그 전하축적영역(5)의 포텐셜의 골의 깊이 Δψ₂는 Δψ₂＞Δψ₁로 되고 양자를 비교하여 명백한 바와 같이 전하축적영역(5)은 그 배치위치에 따라서 취급전하량이 변화하여 버린다. 그러므로 촬상된 화상에는 밝기의 불균일이 생긴다.

본 발명은 전술한 고체촬상장치에 있어서 각 전하축적영역의 채널스톱영역으로부터의 거리의 상이에 의한 임피던스의 차, 또는 채널스톱영역 자체의 분포저항에 의한 전압강하에 의한 각 부의 전위의 차등의 문제를 해소하고 각 전하축적영역에 있어서 거의 균일하게 취급전하량이 설정되도록 한다.

본 발명은 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같이 반도체기판(1)에 제1도전형의 기체(其體)영역(2)과 이것의 위에 형성된 제2도전형의 영역(3)과 복수의 제1도전형의 전하축적영역(5)이 배열된 촬상영역(11)을 가지고 기체영역(2)에 각 전하축적영역(5)으로부터의 과잉캐리어를 배제하도록 한 고체촬상장치에 있어서 촬상영역(11)의 주위를 거의 에워싸도록 제2도전형의 제1의 채널스톱영역(21A)과 그 외측에 제1의 채널스톱영역(21A)과 소요의 간격을 유지하여 제2의 채널스톱영역(21B)이 배설된다. 그리고 제1 및 제2의 채널스톱영역(21A) 및 (21B)의 소요부 사이를 소요의 저항치를 가지는 저항영역(31)에 의하여 연결한다.

이 저항(31)은 예를 들면 기판(1)에 대하여 그 주면(1a)측으로부터 소요의 깊이와, 소요의 농도와, 소요 폭을 가지고 형성한 선택적 확산영역에 의하여 형성할 수 있는 것이고 외측의 제2의 채널스톱영역(21B)에 있어서 외부단자 도출부 예를 들면 접지단 또는 소요의 전압인가의 급전단을 배설한다. 이와 같이 저항(31)을 제1의 채널스톱영역(21A)의 각 부와 그 접지단자 내지는 급전단과의 사이에 각각 소요의 큰 저항치가 개재되도록 한다.

전술한 본 발명의 구성에 의하면 촬상영역(11)을 에워싸는 제1의 채널스톱영역(21A)의 각 부에 저항(31)을 부가함으로서 이 제1의 채널스톱영역(21A)의 각 부에 있어서 균일한 전위를 부여할 수 있는 동시에 이 저항(31)의 값을 크게 선정함으로써 이 영역(21A)으로부터 각 전하축적영역(5)까지의 임피던스는 무시할 수 있도록 할 수 있으므로 각 축적영역(5)에 있어서의 캐리어의 흡수불균일이 없고 이로써 각 영역(5)에 있어서의 제5도에 나타낸 포텐셜의 골의 깊이를 일정한 깊이로 유지할 수 있고 이로써 각 전하축적영역(5)에 대하여 취급전햐량 Q_S을 일정하게 할 수 있다.

다음에 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 상세히 설명한다.

그리고 제1도를 참조하여 본 발명의 일예를 설명함에 있어서 예를 들면 실리콘 기판(1)을 준비한다. 이 기판(1)은 예를 들면 n형의 기체(基體)영역(2)을 구성하는 n형 실리콘서브스트레이트상에 p형의 제1의 영역(3)과 이것의 위에 n- 또는 p-의 제2의 영역(4)을 각각 전면적으로 순차 에피택셜하고 제2의 영역(4)의 표면 즉 기판(1)의 한 주면(1a)측에 n형의 전하축적영역(5)을 수평 및 수직방향으로 배열한다.

그리고 각 전하축적영역(5)의 각 표면에는 각 영역(5)의 전표면을 각각 덮어 얕은 깊이로 p형의 평면 영역(6)을 면(1a)에 면하여 선택적 확산 이온주입등에 의하여 형성한다. 한편 마찬가지로 주면(1a)에 면하여 선택적 확산 이온주입등에 의하여 전하축적영역(5)의 배열에 의한 촬상영역(11)을 에워싸도록 그 외측에 제1의 채널스톱영역(21A)을 형성한다. 이영역(21A)은 저불순물농도의 채널스톱영역에 의하여 구성한다. 이 영역(21A)은 예를 들면 보론 B를 10¹²atoms/cm³오더로 이온주입, 또는 확산 의하여 형성한다. 그리고 또한 이 제1의 채널스톱영역(21A) 양단으로부터 이어지도록 또한 영역(21A)을 에워싸도록 제2의 채널스톱영역(21A)을 배설한다. 이 제2의 채널스톱영역(21A)은 예를 들면 그 내측에 제1의 채널스톱영역(21A)과 동시에 형성한 저불순물농도의 채널스톱영역 LCS과 예를 들면 이것의 형성에 앞서 그 외측 위치에 예를 들면 보론 B를 10¹⁴atoms/cm³오더의 영역 LCS에 비하여 고농도의 채널스톱영역 HCS을 형성하고 이 영역 HCS상에 이에 따라서 제1도에 파선으로 나타낸 바와 같이 Al배선(41)을 피착하고,

표시로 나타낸 보수 부위(42)에 있어서 이 배선(41)과 영역 HCS과를 콘택트하여 이 부위를 배선(41)에 의하여 접지전위, 또는 소정의 전위를 부여하는 단자부로 한다.

저항(31)은 예를 들면 메시형으로 함으로써 예를 들면 일부에 절단부가 생긴 경우에 있어서도 절단에 의한 영향을 경감할수 있는 효과를 얻도록 할수 이다.

그리고. 제1도에 있어서 제2도와 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙인다.

한편 매입된 p형의 제1의 영역(3)과 채널스톱영역(21B)은 예를 들면 영역(21B)으로부터 영역(3)에 이르는 깊이의 p형의 영역을 형성하고 (도시하지 않음), 양 영역(21B)과 영역(3)과를 전기적으로 연결한다.

이 구성에 있어서 기체영역(2)에 소요의 플러스의 전압 예를 들면 10V를 인가한다.

이 장치에 의하면 수광량에 의하여 생긴 전자가 각 축적영역(5)에 있어서의 취급전하량을 초과하여 p형의 제1의 영역(3)에 의하여 형성되는 오버플로배리어를 초과하면 이것이 n형의 기체영역(2)에 흡수되고 한편 홀은 제1의 채널스톱영역(21A)으로 흡수된다. 그리고 전술한 예에서는 제2의 영역(4)을 n형으로 한 경우이지만 이것을 매입의 제1의 영역(3)과 동일 도전형으로 할 수도 있다.

또 전술한 예에서는 수광(受光)에 의하여 발생하는 전하, 즉 신호전하가 전자의 경우이지만 신호전하가 홀인 경우는 전술한 각 부의 도전형과 전압극성의 각 관계를 반전시키면 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 있어서는 예를 들면 비교적 불순물농도가 낮은 내측의 제1의 채널스톱영역(21A)으로부터 캐리어 예를 들면 흘의 취출을 행하는 것이지만 이 영역(21A)의 각 부에 저항을 부여함으로써 각 전하축적 영역(5)의 배치부에 있어서의 임피던스의 영향을 무시할 수 있는 것이고 또한 예를 들면 메시형의 저항(31)의 예를 들면 피치를 각 부에서 적당히 변경함으로써 제1의 채널스톱영역(21A)의 전위를 각 부 균일하게 하고 각 영역(5)에 대하여 동일 전위로 유지할 수 있으므로 홀의 흡수량의 차가 생기는 것을 회피할 수 있고 이로써 각 전하축적영역(5)에 대하여 취급전하량Q_S에 차가 생기는 문제가 배재된다.

따라서 균일한 밝기를 가지고 또 스미어의 발생이 효과적으로 해소된 촬상을 행할 수 있다.

Claims (1)

1. 제1도전형의 기체(基體)영역과 이것의 위에 형성된 제2도전형의 영역과 복수의 제1도전형의 전하축적영역이 배열된 촬상영역을 가지고 상기 기체영역에 상기 전하축적영역으로부터의 과잉캐리어를 배제하도록한 고체촬상장치에 있어서 상기 촬상영역의 주위를 거의 에워싸도록 제2도전형의 제1의 채널스톱영역과 그 외측에 상기 제1의 채널스톱영역과 소용의 간격을 유지하여 제2의 채널스톱영역이 배설되고, 상기 제1 및 제2의 채널스톱영역의 소요부 사이를 소요의 저항치를 가지는 저항영역에 의하여 연결하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.

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